CN103073836A - 一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103073836A
CN103073836A CN2013100449815A CN201310044981A CN103073836A CN 103073836 A CN103073836 A CN 103073836A CN 2013100449815 A CN2013100449815 A CN 2013100449815A CN 201310044981 A CN201310044981 A CN 201310044981A CN 103073836 A CN103073836 A CN 103073836A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resin
carbon fiber
high heat
carbon fibers
conductive carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100449815A
Other languages
English (en)
Inventor
李轩科
袁观明
易静
董志军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Original Assignee
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Science and Engineering WUSE filed Critical Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority to CN2013100449815A priority Critical patent/CN103073836A/zh
Publication of CN103073836A publication Critical patent/CN103073836A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。其技术方案是：采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为10~60%。先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内单向铺排或十字正交铺排，再浇注成型或热压成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。本发明的制备工艺简单和重复性好，所制备的高导热炭纤维树脂基复合材料的内部炭纤维具有高度定向排列结构，沿纤维长度方向的热扩散系数和热导率随炭纤维填充量的不同可以在50~400mm2/s和80~500W/m·K的范围内调控。因此，其制品具有高定向高导热的特点，沿纤维轴向的电学和力学性能得到明显改善。<u/>

Description

一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于树脂基复合材料技术领域。具体涉及一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。
背景技术
在微电子技术领域，由于电子线路的集成度越来越高，热量的集聚导致器件温度升高，从而导致工作稳定性降低。据统计，电子元器件温度每升高2oC，可靠性下降10%，温度升高50oC的寿命只有温度升高25oC寿命的1/6。因此，为保证电子元器件长时间高可靠性地正常工作，材料的导热和散热能力就成为影响其使用寿命的重要限制因素。
传统的导热物质为：Ag、Cu和Al等金属材料；Al2O3、MgO和BeO等金属氧化物；石墨、炭黑、SiC、Si3N4、AlN、BN等其它非金属材料（D. D. L. Chung. Materials for thermal conduction[J]. Applied thermal engineering, 2001, 21）。随着工业生产和科学技术的发展，特别是微电子领域电子元器件封装和集成程度的大幅度提高，人们对导热材料提出了更高的要求，希望材料具有优良的缩合性能：如导热率高、质量轻、强度大、易加工成型、可设计性强和耐化学腐蚀等。因此，采用这些传统导热物质作为导热填料与高分子树脂或塑料复合制成的新型导热材料得到了广泛的应用，如“一种高分子导热复合材料及其制备方法”（CN10192489A）、“一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料及其制备方法”（CN102477182A）、“高导热塑料及其制备方法”（CN201110137817X）和“一种导热塑料及其制备方法”（CN102746560A）等专利技术，但上述技术制备的材料的室温热导率普遍较低，仅为2~10W/m·K。
发明内容
本发明旨在克服已有技术不足，目的是提供一种制备工艺简单和重复性好的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，用该方法制备的导热炭纤维树脂基复合材料不仅高定向高导热，且沿纤维长度方向的电学性能和力学性能得到明显改善。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为10~60%。
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内单向铺排或十字正交铺排，再浇注成型或热压成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
所述中间相沥青基炭纤维是采用熔融纺丝工艺成纤，经预氧化、炭化和石墨化热处理制得；中间相沥青基炭纤维的截面形状为圆形或为带状。
所述所述高分子树脂为液态ABS树脂、或为液态环氧树脂、或为液态酚醛树脂；液态ABS树脂是ABS树脂溶于丙酮后的溶液，ABS树脂与丙酮的质量比为1﹕（4~6）。
所述涂覆的方式为浸渍、或为喷涂、或为涂刷。
所述的浇注成型的温度为50~200oC，时间为3~24h。
所述的热压成型的温度为80~250oC，压力为0.1~2MPa，保温保压1~12h。
由于采用上述技术方案。本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明采用高导热（室温轴向热导率高达800W/m·K以上）中间相沥青基炭纤维长丝为导热增强材料，通过控制工艺实现其在树脂基复合材料中的定向铺排，能大幅度提高所制备的复合材料沿纤维长度方向的热导率，同时改善所述复合材料的电学性能和力学性能，从而进一步拓宽其应用领域。
2、本发明采用在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，再浇注成型或热压成型，制备工艺相对简单和重复性好，实现了中间相沥青基炭纤维在高分子树脂中的均匀分散和整体取向排布。
3、本发明所制备的高导热炭纤维树脂基复合材料的内部炭纤维具有高度定向排列结构，沿纤维长度方向的热扩散系数和热导率随炭纤维填充量的不同可以在50~400mm2/s和80~500W/m·K的范围内调控。通过中间相沥青基炭纤维长丝单向铺排或十字正交铺排的择优取向处理，使所制备的复合材料具有一维或二维高定向高导热的特点。
因此，本发明的制备工艺简单和重复性好，所制备的复合材料具有高定向高导热的特点，且沿纤维长度方向的电学性能和力学性能得到明显改善。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式：所述中间相沥青基炭纤维是采用熔融纺丝工艺成纤，经预氧化、炭化和石墨化热处理制得。实施例中不再赘述。
实施例1 
一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为10~30%。
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内单向铺排，再浇注成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
本实施例中：所述中间相沥青基炭纤维的截面形状为圆形；所述高分子树脂为ABS树脂溶于丙酮后的溶液，ABS树脂与丙酮的质量比为1﹕（4~5）；所述涂覆的方式为浸渍；所述的浇注成型的温度为50~80oC，时间为10~24h。
实施例2
一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为20~50%。
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内十字正交铺排，再浇注成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
本实施例中：所述中间相沥青基炭纤维的截面形状为带状；所述高分子树脂为液态环氧树脂；所述涂覆的方式为涂刷；所述的浇注成型的温度为80~160oC，时间为5~15h。
实施例3
一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为25~60%。
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内单向铺排，再浇注成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
本实施例中：所述中间相沥青基炭纤维的截面形状为圆形；所述高分子树脂为液态酚醛树脂；所述涂覆的方式为喷涂；所述的浇注成型的温度为150~200oC，时间为3~8h。
实施例4
一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为10~25%。
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内十字正交铺排，再热压成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
本实施例中：所述中间相沥青基炭纤维的截面形状为带状；所述高分子树脂为ABS树脂溶于丙酮后的溶液，ABS树脂与丙酮的质量比为1﹕（5~6）；所述涂覆的方式为涂刷；所述的热压成型的温度为100~200oC，压力为0.1~1.0MPa，保温保压5~12h。
实施例5
一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为20~30%。
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内单向铺排，再热压成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
本实施例中：所述中间相沥青基炭纤维的截面形状为圆形；所述高分子树脂为液态环氧树脂；所述涂覆的方式为喷涂；所述的热压成型的温度为80~150oC，压力为0.5~1.5MPa，保温保压3~10h。
实施例6
一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为30~60%。
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内十字正交铺排，再热压成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
本实施例中：所述中间相沥青基炭纤维的截面形状为带状；所述高分子树脂为液态酚醛树脂；所述涂覆的方式为浸渍；所述的热压成型的温度为150~250oC，压力为1~2MPa，保温保压1~6h。
采用LFA447激光热导仪对实施例1~6的制成品进行测试，沿纤维长度方向的室温热扩散系数可达50~400mm2/s，热导率高达80~500W/m·K。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式采用高导热（室温轴向热导率高达800W/m·K以上）中间相沥青基炭纤维长丝为导热增强材料，通过控制工艺实现其在树脂基复合材料中的定向铺排，能大幅度提高所制备的复合材料沿纤维长度方向的热导率，同时改善所述复合材料的电学性能和力学性能，从而进一步拓宽其应用领域。
2、本具体实施方式采用在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，再浇注成型或热压成型，制备工艺相对简单和重复性好，实现了中间相沥青基炭纤维在高分子树脂中的均匀分散和整体取向排布。
3、本具体实施方式所制备的高导热炭纤维树脂基复合材料的内部炭纤维具有高度定向排列结构，沿纤维长度方向的热扩散系数和热导率随炭纤维填充量的不同可以在50~400mm2/s和80~500W/m·K的范围内调控。通过中间相沥青基炭纤维长丝单向铺排或十字正交铺排的择优取向处理，使所制备的复合材料具有一维或二维高定向高导热的特点。
因此，本具体实施方式的制备工艺简单和重复性好，所制备的复合材料具有高定向高导热的特点，且沿纤维长度方向的电学性能和力学性能得到明显改善。

Claims (7)

1.一种高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，其特征在于采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为10~60%；
先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内单向铺排或十字正交铺排，再浇注成型或热压成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，其特征在于所述中间相沥青基炭纤维是采用熔融纺丝工艺成纤，经预氧化、炭化和石墨化热处理制得；中间相沥青基炭纤维的截面形状为圆形或为带状。
3.根据权利要求1所述的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，其特征在于所述高分子树脂为液态ABS树脂、或为液态环氧树脂、或为液态酚醛树脂；液态ABS树脂是ABS树脂溶于丙酮后的溶液，ABS树脂与丙酮的质量比为1﹕（4~6）。
4.根据权利要求1所述的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，其特征在于所述
涂覆的方式为浸渍、或为喷涂、或为涂刷。
5.根据权利要求1所述的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，其特征在于所述的浇注成型的温度为50~200oC，时间为3~24h。
6.根据权利要求1所述的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，其特征在于所述的热压成型的温度为80~250oC，压力为0.1~2MPa，保温保压1~12h。
7.根据权利要求1~6项中任一项所述的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法所制备的高导热炭纤维树脂基复合材料。
CN2013100449815A 2013-02-05 2013-02-05 一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法 Pending CN103073836A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100449815A CN103073836A (zh) 2013-02-05 2013-02-05 一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100449815A CN103073836A (zh) 2013-02-05 2013-02-05 一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103073836A true CN103073836A (zh) 2013-05-01

Family

ID=48150547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100449815A Pending CN103073836A (zh) 2013-02-05 2013-02-05 一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103073836A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103253941A (zh) * 2013-05-10 2013-08-21 航天材料及工艺研究所 一种高热导率ZrB2超高温陶瓷及其制备方法
CN103276477A (zh) * 2013-06-09 2013-09-04 东莞市比比克电子科技有限公司 中间相沥青基碳纤维制备工艺
CN103467000A (zh) * 2013-09-11 2013-12-25 上海骐杰碳素材料有限公司 一种利用废弃纤维制作的复合保温材料及其制造方法
CN103980710A (zh) * 2014-06-02 2014-08-13 北京化工大学 导热型碳纤维复合材料及制备方法
CN104151768A (zh) * 2014-08-12 2014-11-19 上海交通大学 导热性能优良的碳纤维增强abs树脂复合材料及制备方法
CN106188621A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种高导热热塑性炭/塑料复合材料的制备方法
CN108314458A (zh) * 2018-02-09 2018-07-24 西安天运新材料科技有限公司 一种高导热碳/碳复合材料的制备方法
CN111276196A (zh) * 2020-02-03 2020-06-12 苏州鸿凌达电子科技有限公司 基于碳纤维的微观结构量化与性能检测方法
CN111363358A (zh) * 2020-03-16 2020-07-03 平湖阿莱德实业有限公司 取向型高导热界面材料及其制备方法
CN114539756A (zh) * 2022-03-03 2022-05-27 武汉科技大学 一种竖直排列炭纤维-聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法
CN115503309A (zh) * 2022-08-02 2022-12-23 中联恒通机械有限公司 一种筒体复合层材料、复合筒体及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102504770A (zh) * 2011-10-08 2012-06-20 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种高导热炭炭复合材料的制备方法
CN102850816A (zh) * 2011-06-27 2013-01-02 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 一种热塑性树脂复合材料、制备方法及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102850816A (zh) * 2011-06-27 2013-01-02 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 一种热塑性树脂复合材料、制备方法及其应用
CN102504770A (zh) * 2011-10-08 2012-06-20 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种高导热炭炭复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张莹莹: ""中间相沥青基高导热炭材料的制备及性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, no. 01, 15 January 2011 (2011-01-15), pages 50 - 55 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103253941B (zh) * 2013-05-10 2014-05-28 航天材料及工艺研究所 一种高热导率ZrB2超高温陶瓷及其制备方法
CN103253941A (zh) * 2013-05-10 2013-08-21 航天材料及工艺研究所 一种高热导率ZrB2超高温陶瓷及其制备方法
CN103276477B (zh) * 2013-06-09 2015-06-03 东莞市卓高电子科技有限公司 中间相沥青基碳纤维制备工艺
CN103276477A (zh) * 2013-06-09 2013-09-04 东莞市比比克电子科技有限公司 中间相沥青基碳纤维制备工艺
CN103467000A (zh) * 2013-09-11 2013-12-25 上海骐杰碳素材料有限公司 一种利用废弃纤维制作的复合保温材料及其制造方法
CN103467000B (zh) * 2013-09-11 2017-01-25 上海骐杰碳素材料有限公司 一种利用废弃纤维制作的复合保温材料及其制造方法
CN103980710A (zh) * 2014-06-02 2014-08-13 北京化工大学 导热型碳纤维复合材料及制备方法
CN104151768A (zh) * 2014-08-12 2014-11-19 上海交通大学 导热性能优良的碳纤维增强abs树脂复合材料及制备方法
CN106188621A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种高导热热塑性炭/塑料复合材料的制备方法
CN106188621B (zh) * 2016-07-11 2019-04-02 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种高导热热塑性炭/塑料复合材料的制备方法
CN108314458A (zh) * 2018-02-09 2018-07-24 西安天运新材料科技有限公司 一种高导热碳/碳复合材料的制备方法
CN108314458B (zh) * 2018-02-09 2020-07-21 陕西天策新材料科技有限公司 一种高导热碳/碳复合材料的制备方法
CN111276196A (zh) * 2020-02-03 2020-06-12 苏州鸿凌达电子科技有限公司 基于碳纤维的微观结构量化与性能检测方法
CN111276196B (zh) * 2020-02-03 2020-10-02 苏州鸿凌达电子科技有限公司 基于碳纤维的微观结构量化与性能检测方法
CN111363358A (zh) * 2020-03-16 2020-07-03 平湖阿莱德实业有限公司 取向型高导热界面材料及其制备方法
WO2021184816A1 (zh) * 2020-03-16 2021-09-23 平湖阿莱德实业有限公司 取向型高导热界面材料及其制备方法
CN114539756A (zh) * 2022-03-03 2022-05-27 武汉科技大学 一种竖直排列炭纤维-聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法
CN115503309A (zh) * 2022-08-02 2022-12-23 中联恒通机械有限公司 一种筒体复合层材料、复合筒体及其制备方法
CN115503309B (zh) * 2022-08-02 2024-05-10 中联恒通机械有限公司 一种筒体复合层材料、复合筒体及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103073836A (zh) 一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法
CN110951254A (zh) 氮化硼复合高导热绝缘高分子复合材料及其制备方法
CN103483516B (zh) 一种氧化石墨烯-硼改性酚醛树脂的制备方法
CN101074318B (zh) 热塑性聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN107254172A (zh) 导热性片材
Zhou et al. Wood‐Derived, Vertically Aligned, and Densely Interconnected 3D SiC Frameworks for Anisotropically Highly Thermoconductive Polymer Composites
CN106987123B (zh) 石墨烯/氮化硼负载纳米银导热特种高分子材料及制备方法
Han et al. Highly thermally conductive aramid nanofiber composite films with synchronous visible/infrared camouflages and information encryption
Wang et al. Epoxy composites with high thermal conductivity by constructing three-dimensional carbon fiber/carbon/nickel networks using an electroplating method
CN102850717A (zh) 一种高导热酚醛树脂及制备方法
CN109206908B (zh) 一种高导热石墨/塑料复合材料及其制备方法
JP2009191392A (ja) ピッチ系炭素繊維フィラー及びそれを用いた成形体
CN108929536A (zh) 一种导热电子设备用石墨烯/聚酰胺复合材料及制备方法
CN105255154A (zh) 一种热固性树脂物基导热复合材料的制备方法
CN107553996A (zh) 一种多层碳纤维增强的导热复合材料及其制备方法
Jiang et al. Highly thermally conductive and negative permittivity epoxy composites by constructing the carbon fiber/carbon networks
CN105524447A (zh) 一种含改性六钛酸钾晶须-碳纳米管的pc-pet基led散热材料及其制备方法
CN108929521B (zh) 一种高导热高导电石墨烯基复合材料及其制备方法
CN108976792A (zh) 石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法
Chen et al. Preparation and characterization of graphite/thermosetting composites
CN110436949A (zh) 一种高导热沥青基炭纤维/碳化硅复合材料的制备方法
CN102659095A (zh) 一种高导热高强度石墨的制备方法
CN105524445A (zh) 一种含改性纳米硅藻土-碳纳米管的pc-pet基led散热材料及其制备方法
Cai et al. Strong, flexible and thermal-resistant CNT/polyarylacetylene nanocomposite films
CN109265919B (zh) 一种3d导热复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130501